Simulación de un punto de acceso de Wimax en la zona sur-poniente de la ciudad de Melipilla

INTRODUCCIÓN

Últimamente en la ciudad de Melipilla se habla del proyecto que existe para iluminar la ciudad con conexión inalámbrica WIFI, pero los costos de esto son demasiado altos, porque cada antena cuesta alrededor de 4 millones de pesos, y el proyecto esta basado en 27 puntos de acceso. Lo que lleva una inversión inicial de alrededor de 120 millones de peso, y la municipalidad esta dispuesta a gastar solo 80 millones, pero se espera la inversión del sector privado. El punto de tope es que no se tiene presupuestado dinero para la mantención, cosa que con WIMAX seria mucho menor porque la cantidad de equipos disminuiría y bajaría el costo de la mantención, lo que sería optimo para la municipalidad. Es de esta forma que con este paper se quiere demostrar una alternativa en la zona sur-poniente de melipilla, con tecnología WIMAX, pero solo del punto de vista técnico. Tal vez hoy en día, la tecnología WIFI sea la correcta por la poca difusión que tiene WIMAX en comparación con WIFI, pero cuando esta tecnología tenga una difusión mas masiva y por lo prometido por las empresas, los equipos debieran ser de bajo costo.
Para comenzar, se darán a conocer las características de los distintos estándares de la norma 802.16., luego se introducirá al programa de simulación RADIO MOBILE y finalmente se aplicará una punto de acceso WIMAX en la zona sur-poniente de la ciudad de melipilla.

RADIO MOBILE

Es una herramienta de software para predecir el desempeño de sistemas de radio en exteriores. Aunque fue concebida para sistemas de radio aficionados tradicionales, permite cálculos de presupuesto de enlaces en un amplio rango de frecuentas y es usada también por profesionales.
Radio mobile usa modelos digitales de elevación de terreno (mapas digitales) para calcular automáticamente el perfil del trayecto entre el transmisor y el receptor.
El software usó el Modelo del Terreno Irregular (ITM por su sigla en inglés) para propagación de radio. El modelo ITM es un modelo de propósito general basado en la teoría electromagnética y el análisis estadístico de las características del terreno. Este modelo es válido en un rango de 20MHz A 20GHz, este software puede ser utilizado para predecir la atenuación de las señales de radio en sistemas WLAN y WMAN.
Entre sus herramientas se encuentran una serie de mapas, perfiles de los enlaces, y hasta animaciones.
Los mapas que se utilizan son de un proyecto de la NASA que proporciona información topográfica digital gratuita.

SIMULACION CON RADIO MOBILE

Como ya se ha dicho anteriormente la idea de este paper es la de simular un punto de acceso con una antena que provea de Internet inalámbrico basado en la norma 802.16a, comercialmente conocido como WIMAX. El lugar seleccionado es la zona sur-poniente de Melipilla, que se encuentra en constante crecimiento, por el aumento de los condominios y la existencia de la población más cercana llamada El Parque, cuya estratos sociales se centra en la clase media, con el poder adquisitivo necesario para comprar nueva tecnología y darle uso a la red.
El lugar seleccionado para posicionar la antena es el Cerro Sombrero, que bordea la zona sur-poniente de Melipilla, y se eligió este lugar por su altura con respecto a los sectores donde se localizan los receptores de la población.
El primer paso para encontrar el mapa, es obtener las coordenadas del lugar que se desea, para esto se utilizó la pagina http://www.earthtools.org/, que utiliza como base google map, pero le adhiere las coordenadas del centro del mapa. Entonces por medio de esta página buscamos el Cerro Sombrero y la zona requerida.
Las coordenadas entregadas por EARHTOOLS son grados y minutos y por medio de un programa en Internet fueron modificas a lo siguiente:

Latitud : -33,6956
Longitud : -71,2261

En propiedades de mapas se define la resolución de la imagen, la altura de la imagen, y la fuente de los datos.
Ya con las coordinas precisas, por medio del software RADIO MOBILE, se descarga el mapa.

Fig.1 Imagen de la perspectiva de la zona a trabajar con respecto a la ciudad de Melipilla.

La imagen obtenida es solo una imagen topográfica de la zona, para ubicarnos mejor, se combina una imagen, con una de la ciudad de Melipilla.

Fig.2 Imagen topográfica, combinada con imagen de la ciudad.

El siguiente paso a seguir es definir las propiedades de redes:
La red a crear se llamará WIMAX. Como esta red esta basada en la norma 802.16a, las frecuencias de trabajo serán las comúnmente usadas para WIMAX, que son 3500 MHz, como frecuencia menor y la frecuencia mayor de 3610MHz. Como se dijo anteriormente el ancho de banda óptimo para un canal es de 10MHz, y en este caso se definieron 11 canales al igual que los que tiene WIFI. En la ventana de propiedades de las redes se puede definir el tipo de clima y las perdidas adicionales. El clima seleccionado es continental templado.
Las perdidas adicionales son cero, ya que el sector no posee bosques hacia la zona donde quiere iluminar y no hay edificios que interfieran porque es un sector residencial.
Los otros parámetros se dejarán por defecto.
En sistema se definen, los distintos sistemas de la red y sus parámetros, en este caso existirán solo 2:

Sistema base

Potencia del transmisor: 1W
Perdidas de línea : 0,5dB
Tipo de antena : Omnidireccional
Ganancia de Antena : 18dBi
Altura de Antena : 15mts

Los datos de la estación base son de acuerdo a antenas WIMAX encontradas en Internet, las más típicas, en este caso es de una planar, no es omnidireccional, pero los parámetros se utilizaron de igual forma para esta simulación.

Sistema prueba

Potencia del transmisor: 0,03W
Perdidas de línea : 0,5dB
Tipo de antena : Direccional
Ganancia de Antena : 2dBi
Altura de Antena : 1,5mts

Por la poca información que encuentra sobre los receptores de WIMAX, se utilizarán los valores típicos de las tarjetas WIFI, que no deben estar muy lejanos, a diferencia de los transmisores.
Siguiendo con el procedimiento utilizado, en las Propiedades de las Unidades, se crean las unidades que son:

Base (ubicado en el Cerro Sombrero)
Prueba1
Prueba2
Prueba3

Y cada uno de esto se ubica en el mapa, como lo muestra la siguiente imagen, que fue tomada desde una altura de 5Km, más cercana que las anteriores:

Fig.3 Estación Base con 3 puntos de prueba.

El último paso para obtener el enlace es poner las unidades creadas en la listas de miembros. Y configurar que tipo de sistema es la unidad y el Rol en la red:

Base
Rol de : Control
Sistema : Estación Base

Prueba1, Prueba2 y Prueba3
Rol de : Subordinado
Sistema : Prueba

De esta forma se crea el enlace de radio, y si las líneas entre el Rol de control y el Rol de subordinado son verdes, el enlace funciona, si las líneas aparecen rojas, el enlace tiene problemas.
Otra de las herramientas que nos proporciona este software, es la ventana de Enlace de radio, que nos muestra el perfil del enlace, en nuestro caso, del transmisor Base al receptor donde se puede seleccionar las estaciones de prueba ( 1, 2, 3 ).

Fig.4 Ventana Enlace de Radio

En la venta de Enlace de Radio se entregan los parámetros elegidos anteriormente del transmisor y del receptor, y además los siguientes parámetros con valores del enlace de radio:

Transmisor : base
Receptor : prueba1
Azimut : 83,4º
Pérdidas : 116,7dB
Áng. De elevación: 4,122º
Campo Eléctrico : 79dBuV/m
Nivel Rx : 67,7dBm
Peor Fresnel : 2,3F1
Distancia : 3,34km

En la siguiente imagen se muestra el radio de cobertura de la Unidad llamada Base, que tiene el Rol de control, la zona que se encuentra sombreada amarilla, es una zona donde llega la señal. Al hacer pruebas en este software se logró, que con los parámetros mostrados de transmisor y receptor señalados anteriormente, un alcance de 16km.

Fig.5 Cobertura de Radio Polar

CONCLUSIONES

Como conclusión, el estándar parece lo suficientemente robusto y flexible para acomodar las exigencias requeridas para la transmisión de banda ancha inalámbrica de forma óptima. Los precios tan competitivos que presentará permitirán su implantación en mercados donde la banda ancha no ha llegado aún por distintos factores.
WIMAX, no necesariamente será el sucesor de WIFI, sino que pueden ser complementarios.
WIMAX, logra ahorrar mucho dinero en cableado y la mantención de los enlaces es mucho menor. Por las características de Melipilla, que es una zona pequeña y sin grandes edificios, con unas pocas antenas se podría darle conectividad a toda la ciudad, no como con la cantidad de antenas que se necesitarían con la tecnología WIFI.
RADIO MOBILE es un excelente programa para hacer simulaciones de radio enlace, gracias a los mapas que tienen la topografía de la zona, todos los parámetros que se pueden manipular y lo fácil que se hace manejar este software, comparado con lo que sería hacer los cálculos de forma manual.
Con el software se pudo simular un punto de acceso con las características de comunicación de WIMAX, y se concluye que para el objetivo de conectar la zona sur-poniente de la ciudad es más que óptimo el poner una antena con este tipo de tecnología. Según el radio de cobertura del software, el máximo alcance que tiene este transmisor con 1 Watt de potencia y 18dBi es de 16km a la ciudad, porque para el lado contrapuesto del cerro la señal no llega, pero como no existen grandes niveles de población esto no es un problema.